在新能源汽車(chē)、光伏、儲能等市場(chǎng)持續推動(dòng)下，國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)商業(yè)化持續推進(jìn)，獲得國際功率半導體巨頭青睞和結盟，積極追趕更為先進(jìn)的8英寸工藝節點(diǎn)，碳化硅產(chǎn)品價(jià)格有望步入“甜蜜點(diǎn)”。另一方面，碳化硅產(chǎn)業(yè)呈現跑馬圈地的擴張態(tài)勢，競爭日趨激烈，甚至有頭部廠(chǎng)商已經(jīng)喊話(huà)碳化硅創(chuàng )業(yè)窗口期已經(jīng)接近關(guān)閉。

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獲國際龍頭青睞

“在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈當中，目前國內與國際差距最小的是碳化硅襯底，除了一些特別高端的襯底材料外，國內襯底已可大規模出口。”北京大學(xué)寬禁帶半導體研究中心主任沈波教授日前在集邦咨詢(xún)第三代半導體前沿趨勢研討會(huì )上介紹。

今年5月，天岳先進(jìn)、天科合達簽約英飛凌，供貨碳化硅6英寸襯底、合作制備8英寸襯底，6月三安光電與意法半導體結盟升級，斥資32億美元共建8英寸碳化硅外延、芯片合資代工廠(chǎng)，并計劃通過(guò)三安光電全資子公司，投入70億元建設年產(chǎn)48萬(wàn)片/年的8英寸碳化硅襯底。近日中電化合物也宣布與韓國Power Master簽訂了長(cháng)期供應8英寸在內的碳化硅材料的協(xié)議，公司預計未來(lái)3年碳化硅產(chǎn)能將達到8萬(wàn)片。

在碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈中，碳化硅襯底和外延片的價(jià)值量占比超過(guò)一半，并且成為決定碳化硅器件品質(zhì)的關(guān)鍵，市場(chǎng)由美國Wolfspeed(科銳公司)、Coherent(原貳陸公司)和日本羅姆等廠(chǎng)商壟斷。碳化硅襯底單晶材料可分為導電型襯底和半絕緣型襯底。其中，導電型襯底主要應用于電動(dòng)汽車(chē)、新能源、儲能等碳化硅電力電子器件領(lǐng)域。

今年來(lái)，國際功率半導體巨頭已經(jīng)頻頻聯(lián)手國產(chǎn)碳化硅襯底、材料等環(huán)節巨頭，進(jìn)軍8英寸碳化硅。這背后，一方面是國際龍頭對國產(chǎn)碳化硅襯底廠(chǎng)商技術(shù)進(jìn)步的認可，另一方面也是看中中國新能源市場(chǎng)機遇，尋求本地化供應。據接近三安意法半導體合資事項人士向證券時(shí)報記者透露，意法半導體和三安光電在重慶建廠(chǎng)，正是瞄準中國的汽車(chē)市場(chǎng)，重慶擁有長(cháng)安等車(chē)企，方便就近供應客戶(hù)。

根據Yole預測，2021~2027年全球碳化硅功率器件市場(chǎng)規模有望從10.9億美元增長(cháng)到62.97億美元，保持年均34%的復合增速。其中，車(chē)規級市場(chǎng)是碳化硅最主要的應用場(chǎng)景，有望從2021年6.85億美元增長(cháng)至2027年49.86億美元。

在新能源產(chǎn)業(yè)強勁需求下，全球碳化硅產(chǎn)業(yè)步入高速成長(cháng)期，碳化硅襯底仍處于供不應求狀態(tài)。而碳化硅襯底在功率元器件中成本占比接近50%，成為決定品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節，也成為國際巨頭布局碳化硅產(chǎn)業(yè)的抓手之一，紛紛搶占8英寸先機，甚至將量產(chǎn)時(shí)點(diǎn)提前至今年。

意法半導體此前就與Soitec合作來(lái)量產(chǎn)8英寸SiC襯底；碳化硅襯底龍頭Wolfspeed在去年、今年相繼啟動(dòng)兩座8英寸碳化硅工廠(chǎng)；日本半導體廠(chǎng)商羅姆預計將于2023年開(kāi)始量產(chǎn)8英寸碳化硅襯底；德國功率半導體廠(chǎng)商英飛凌計劃在2023年開(kāi)始量產(chǎn)8英寸襯底，2025年量產(chǎn)8英寸碳化硅器件；Coherent在2022年3月宣布將在美國伊斯頓大規模建設近30萬(wàn)平方英尺的工廠(chǎng)，以擴大6英寸和8英寸SiC襯底和外延晶片的生產(chǎn)。

業(yè)內人士介紹，Wolfspeed和羅姆早在2015、2016年左右就已經(jīng)發(fā)布了8英寸碳化硅產(chǎn)品，但是8英寸產(chǎn)品大規模的驗證和導入是近一兩年才開(kāi)始的，國內的襯底廠(chǎng)家也是緊隨其后，在2022年開(kāi)始相繼發(fā)布8英寸產(chǎn)品，逐步縮小與國外差距。

廠(chǎng)商搶占8英寸風(fēng)口

“目前產(chǎn)業(yè)主流芯片技術(shù)還是6英寸技術(shù)，但美國Wolfspeed公司已開(kāi)始8英寸的商業(yè)化生產(chǎn)，國內少數廠(chǎng)家可以示范或小規模供貨8英寸襯底，但還沒(méi)有形成大規模供貨能力。”沈波指出，8英寸碳化硅技術(shù)成熟度和價(jià)格相對6英寸技術(shù)還不具備競爭優(yōu)勢，發(fā)展前景關(guān)鍵看未來(lái)新能源汽車(chē)等市場(chǎng)的需求規模。

據不完全統計，國內有十余家企業(yè)與機構在研發(fā)8英寸碳化硅襯底，包含爍科晶體、晶盛機電、天岳先進(jìn)、南砂晶圓、同光股份、中科院物理所、山東大學(xué)、天科合達、科友半導體、乾晶半導體等。

合盛硅業(yè)也在5月21日披露8英寸碳化硅襯底研發(fā)順利，已經(jīng)實(shí)現了量產(chǎn)；晶升股份最新在投資者互動(dòng)平臺上稱(chēng)，近日公司已開(kāi)始8英寸碳化硅長(cháng)晶設備的批量生產(chǎn)。晶盛機電通過(guò)自有籽晶經(jīng)過(guò)多輪擴徑，成功生長(cháng)出8英寸N型碳化硅晶體，加速大尺寸碳化硅晶體生長(cháng)和加工技術(shù)自主可控。

另外，設備廠(chǎng)商推出兼容6英寸與8英寸設備。盛美上海并在今年3月份盛美上海宣布首次獲得Ultra C SiC碳化硅襯底清洗設備的采購訂單，該設備兼容6英寸和8英寸，每小時(shí)可達70多片晶圓的產(chǎn)能，可避免薄且易碎的碳化硅襯底的碎片。北方華創(chuàng )作為A股半導體設備巨頭，公司負責人此前出席功率及化合物半導體論壇時(shí)介紹，公司可以提供碳化硅的全套解決方案。此外，晶盛機電最新還宣布研發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的8英寸單片式碳化硅外延生長(cháng)設備，可兼容6、8寸碳化硅外延生產(chǎn)。

即便碳化硅產(chǎn)業(yè)當前主流仍以6英寸襯底為主，但進(jìn)軍8英寸襯底被視為降低成本的關(guān)鍵之舉。上升至碳化硅器件層面，當前成本仍高于硅器件3到5倍。特別是今年3月份碳化硅旗手特斯拉倒戈，喊話(huà)未來(lái)減少75%碳化硅用量，被視為施壓供應商意法半導體降低成本之舉。而意法半導體車(chē)規級碳化硅出貨量突破1億，2022年的SiC產(chǎn)能比2020年增長(cháng)了2.5倍以上，依舊供不應求。

據廣東芯聚能半導體有限公司CEO周曉陽(yáng)推測，特斯拉喊話(huà)的本質(zhì)，就是出于碳化硅成本高昂、供不應求兩大背景。從下游應用層面，預計未來(lái)整車(chē)廠(chǎng)商需要使用到60度電以上平臺才會(huì )全面考慮使用碳化硅。

龔瑞驕向記者分析，特斯拉所提出的減少碳化硅用量可能會(huì )通過(guò)技術(shù)更新或是使用其他方案來(lái)實(shí)現，比如將碳化硅器件從平面型轉換為溝槽型，或是采用碳化硅器件與硅基IGBT共同封裝的方案等，來(lái)達到其預期。據預測，2022年800V的汽車(chē)市場(chǎng)在BEV市場(chǎng)的滲透率是3%， 2026年滲透率將提升到15%左右。

另外，特斯拉以技術(shù)研發(fā)降低碳化硅應用成本，將對國內新能源汽車(chē)品牌造成更大的價(jià)格競爭壓力，倒逼國內新能源車(chē)企尋找降低成本的替代方案，也為國內碳化硅企業(yè)快速跟上國際碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的創(chuàng )新機遇。而襯底層面成本下降成為關(guān)鍵。

碳化硅襯底廠(chǎng)商以及上游材料廠(chǎng)商進(jìn)一步介紹，相對于6英寸，8英寸的面積增加了78%左右，由于邊緣損耗減少，同等條件下從8英寸襯底切出的芯片數會(huì )提升將近90%，因此，尺寸越大晶片的利用面積也越大。據集邦預測，碳化硅6英寸市場(chǎng)將從2022年的107萬(wàn)片成長(cháng)到2026年的569萬(wàn)片。同時(shí)8英寸的產(chǎn)品也在進(jìn)入市場(chǎng)，市占率將從當前不到2%，提升至2026年15%左右。

產(chǎn)業(yè)鏈攻堅磨合

不過(guò)，襯底材料是碳化硅產(chǎn)業(yè)中最具挑戰性的環(huán)節。碳化硅襯底既硬且脆，切割、研磨、拋光的難度都很高，對加工工藝、原材料供應、設備磨合等各個(gè)環(huán)節考驗很高，如何實(shí)現8英寸襯底量產(chǎn)難關(guān)成為衡量碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要指標之一。

天科合達已經(jīng)實(shí)現8英寸襯底小批量出貨。天科合達負責人表示，隨著(zhù)碳化硅尺寸變大，對生長(cháng)溫場(chǎng)、襯底質(zhì)量和穩定性有更嚴格的要求，并且還需要重點(diǎn)解決應力開(kāi)裂、翹曲度過(guò)大等問(wèn)題。

最為關(guān)鍵的是，要實(shí)現8英寸的碳化硅襯底價(jià)格要比6英寸更有優(yōu)勢，還需要解決襯底“厚度”這道障礙。據介天科合達負責人紹，目前6英寸襯底對應厚度是350微米，8英寸的厚度達到500微米，尺寸帶來(lái)的成本優(yōu)勢，又會(huì )因為襯底厚度大而下降。另外，規?；a(chǎn)，還需要充足的8英寸碳化硅籽晶供應，這對未來(lái)也是個(gè)挑戰。

“8英寸襯底市場(chǎng)化需要上下游通力合作，包括原材料、設備的保障，只有大家緊密協(xié)同，才能共同解決8英寸產(chǎn)業(yè)化的難題。”天科合達負責人表示。

碳化硅襯底產(chǎn)業(yè)包括粉體合成、碳化硅單晶生長(cháng)以及加工環(huán)節，其中，碳化硅單晶生長(cháng)最為核心。在該領(lǐng)域，爍科晶體目前技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規模位居國內領(lǐng)先水平。2021年9月?tīng)q科晶體長(cháng)出了8英寸的碳化硅單晶，2022年年初制備出8英寸碳化硅單晶襯底，2023年產(chǎn)能目標是年產(chǎn)高純晶片5萬(wàn)片，N型晶片30萬(wàn)片。

爍科晶體總經(jīng)理助理馬康夫介紹，當前擴產(chǎn)的瓶頸不在長(cháng)晶，主要在加工環(huán)節，目前加工產(chǎn)能不能匹配晶體產(chǎn)能的擴張，有一部分原因是加工的設備國產(chǎn)化程度還不是很高，導致生產(chǎn)受交期影響。

多位碳化硅產(chǎn)業(yè)人士向記者透露，當前碳化硅產(chǎn)業(yè)中，粒子注入器設備最為緊缺，且以海外進(jìn)口為主，交期往往長(cháng)達12個(gè)月甚至更久。在此背景下，一些具有加工技術(shù)積累和設備資源的企業(yè)就開(kāi)始布局代加工行業(yè)，如果成本控制得當，有望形成獨立的細分領(lǐng)域。

在碳化硅代工領(lǐng)域，落地廣州南沙的芯粵能項目也在迅速推進(jìn)。日前芯粵能董事長(cháng)肖國偉宣布，公司碳化硅晶圓芯片生產(chǎn)線(xiàn)已順利進(jìn)入量產(chǎn)階段，各方面的測試數據良好，正陸續交付多家客戶(hù)主機廠(chǎng)送樣驗證。根據規劃，公司總投資75億元，分別建設年產(chǎn)24萬(wàn)片6英寸、24萬(wàn)片8英寸碳化硅晶圓生產(chǎn)線(xiàn)，預計今年年底前完成月產(chǎn)6英寸碳化硅芯片1萬(wàn)片的產(chǎn)能建設。

芯粵能半導體總裁徐偉向記者表示，芯粵能定位以車(chē)規和工控器件作為主打，聚焦碳化硅的芯片制造和功率器件，實(shí)現產(chǎn)業(yè)規?；图夹g(shù)專(zhuān)業(yè)化，預計在今年年底前完成月產(chǎn)1萬(wàn)片的產(chǎn)能建設。

掘金窗口期收緊

雖然面臨重重障礙，但碳化硅有望突破成本障礙。

中電化合物的總經(jīng)理潘堯波在中國·南沙國際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇上介紹，公司已正式向國內外市場(chǎng)供應商業(yè)化的碳化硅或氮化鎵材料，產(chǎn)品通過(guò)了車(chē)規級的驗證，預計今年車(chē)規市場(chǎng)將會(huì )提速，光伏、儲能等將在2025年加速滲透。

“考慮原料降價(jià)，良率的提升，以及疊加性能考慮，碳化硅有望突破成本的障礙，碳化硅MOSFET有望在2023年進(jìn)入‘價(jià)格甜蜜’。”潘堯波表示，今年8月份，公司第一批8英寸碳化硅外延片將會(huì )向客戶(hù)交貨，考慮龍頭企業(yè)規劃，預計國產(chǎn)8英寸碳化硅將在2025年左右起量，并且凸顯出相對6英寸的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。

從投資強度來(lái)看，行家說(shuō)的數據顯示，中國碳化硅半導體產(chǎn)業(yè)2022年吸金超過(guò)2400億元，其中，襯底和芯片環(huán)節成為投資強度最大領(lǐng)域。另外，根據第三方數據，去年碳化硅產(chǎn)業(yè)已披露的擴產(chǎn)投資金額達到1272.63億元(不含光電)，較2021年增長(cháng)了36.7%。

業(yè)內人士介紹，碳化硅襯底材料等環(huán)節的投資門(mén)檻相對較低，長(cháng)晶設備已經(jīng)實(shí)現國產(chǎn)化，企業(yè)可迅速建廠(chǎng)、拿到融資，但持續 “掘金”碳化硅賽道難度會(huì )加大，而且隨著(zhù)供不應求局面緩解，最佳“掘金”窗口期正在收窄甚至步入倒計時(shí)。

馬康夫表示，碳化硅技術(shù)壁壘相對比較高，國內頭部企業(yè)都經(jīng)歷了十年以上技術(shù)積累，碳化硅本身從長(cháng)晶到加工成片需要近一個(gè)月的時(shí)間，因此，技術(shù)迭代需要較長(cháng)時(shí)間。而且導入窗口期有限，碳化硅功率器件要上車(chē)，對供應鏈的要求非常嚴苛，驗證周期也比較長(cháng)。

“目前來(lái)講碳化硅襯底還是供不應求的狀態(tài)，大家現在有機會(huì )去拓展一些客戶(hù)資源；但是待到供需平衡再去拓展客戶(hù)資源就相對比較困難了，所以現在各個(gè)廠(chǎng)家也是在快馬加鞭地擴產(chǎn)、跑馬圈地，快速拓展自己的客戶(hù)資源。”馬康夫表示，畢竟用戶(hù)端不會(huì )有很多精力管理很多供應商，最終只可能保留幾家穩定供應。

整車(chē)廠(chǎng)商在積極跑馬圈地，從碳化硅襯底材料到芯片模塊層面，加速上車(chē)。

最新消息顯示，斯達半導與深藍汽車(chē)組建了合資公司，開(kāi)展車(chē)規級功率半導體模塊合作，去年3月三安光電與理想成立合資公司，布局車(chē)用碳化硅芯片以及模塊，長(cháng)城汽車(chē)聯(lián)手同光半導體，推動(dòng)碳化硅材料和芯片產(chǎn)業(yè)化，另外吉利聯(lián)合芯聚能布局車(chē)規級功率半導體產(chǎn)品。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展規律來(lái)看，各個(gè)環(huán)節最終存活的公司數量有限。

周曉陽(yáng)表示，雖然碳化硅市場(chǎng)的前景非常廣闊，但是碳化硅產(chǎn)業(yè)創(chuàng )業(yè)的時(shí)間窗口幾近關(guān)閉，“在芯片制造、封測、外延等每個(gè)環(huán)節中，最多能好好活3至5家企業(yè)。”周曉陽(yáng)以馬拉松為比喻，目前賽程已經(jīng)進(jìn)入中段，后發(fā)者逆襲奪冠的概率很小。

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